(57)【要約】【課題】シャッタ駆動用ソレノイドに流す駆動電流の変化から、シャッタの開閉動作を検出できるシャッタ機構の動作検出方法及び装置を提供する。【解決手段】ソレノイドの駆動時にコイルに流れる駆動電流を連続的に測定し、駆動電流が初期値から上昇した後、一旦低下し、定常値まで上昇する波形のくぼみの有無を判定し、波形のくぼみの有無によってシャッタの開閉動作を検出する。そのため、シャッタの開閉状態を検出するための特別なセンサを設けずとも、ソレノイドの駆動電流からシャッタの位置を検出できる。【選択図】    図５
2010050302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開位置と閉位置との二位置に動作可能なシャッタと、
コイルに駆動電流を流すことにより可動鉄心を直線移動させ、当該可動鉄心に連結された前記シャッタを開閉駆動するソレノイドと、を備えたシャッタ機構において、
前記ソレノイドの駆動時にコイルに流れる駆動電流を連続的に測定する工程と、
前記駆動電流が初期値から上昇した後、一旦低下し、その後定常値まで上昇する波形のくぼみの有無を判定する工程と、
前記波形のくぼみの有無によって前記シャッタの開閉動作を検出する工程と、を有するシャッタ機構の動作検出方法。
【請求項２】
前記波形のくぼみの有無を判定する工程は、前記くぼみの最低点の電流値と前記定常値の電流値との比率によって判定することを特徴とする請求項１に記載のシャッタ機構の動作検出方法。
【請求項３】
前記波形のくぼみの有無を判定する工程は、前記波形のくぼみの面積によって判定することを特徴とする請求項１に記載のシャッタ機構の動作検出方法。
【請求項４】
前記波形のくぼみの有無を判定する工程は、前記波形のくぼみの最低予想値と前記定常値との中間程度に基準値を設定し、駆動電流が初期値から基準値以上に上昇した後、一旦基準値未満に低下し、再び基準値を超えたかどうかで判定することを特徴とする請求項１に記載のシャッタ機構の動作検出方法。
【請求項５】
前記ソレノイドの駆動開始から前記くぼみの最低点までの経過時間により、前記可動鉄心の動作時間を検出する工程を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシャッタ機構の動作検出方法。
【請求項６】
前記ソレノイドは、軸方向に間隔をあけて配置された２個のコイルを有し、これらコイルに交互に電流を流すことにより可動鉄心を往復駆動させるソレノイドであって、
前記２個のコイルに流れる駆動電流の変化から、前記シャッタの開動作と閉動作の両方の動作を検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のシャッタ機構の動作検出方法。
【請求項７】
開位置と閉位置との二位置に動作可能なシャッタと、
コイルに駆動電流を流すことにより可動鉄心を移動させ、当該可動鉄心に連結された前記シャッタを開閉駆動するソレノイドと、を備えたシャッタ機構において、
前記ソレノイドの駆動時にコイルに流れる駆動電流を連続的に測定する手段と、
前記駆動電流が初期値から上昇した後、一旦低下し、その後定常値まで上昇する波形のくぼみの有無を判定する手段と、
前記波形のくぼみの有無によって前記シャッタの開閉動作を検出する手段と、を有するシャッタ機構の動作検出装置。
【請求項８】
前記波形のくぼみの有無を判定する手段は、前記くぼみの最低点の電流値と前記定常値の電流値との比率によって判定することを特徴とする請求項７に記載のシャッタ機構の動作検出装置。
【請求項９】
前記波形のくぼみの有無を判定する手段は、前記波形のくぼみの面積によって判定することを特徴とする請求項７に記載のシャッタ機構の動作検出装置。
【請求項１０】
前記波形のくぼみの有無を判定する手段は、前記波形のくぼみの最低予想値と前記定常値との中間程度に基準値を設定し、駆動電流が初期値から基準値以上に上昇した後、一旦基準値未満に低下し、再び基準値を超えたかどうかで判定することを特徴とする請求項７に記載のシャッタ機構の動作検出装置。
【請求項１１】
前記ソレノイドの駆動開始から前記くぼみの最低点までの経過時間により、前記可動鉄心の動作時間を検出する手段を有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のシャッタ機構の動作検出装置。
【請求項１２】
前記ソレノイドは、軸方向に間隔をあけて配置された２個のコイルを有し、これらコイルに交互に電流を流すことにより可動鉄心を往復駆動させるソレノイドであって、
前記２個のコイルに流れる駆動電流の変化から、前記シャッタの開動作と閉動作の両方の動作を検出することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載のシャッタ機構の動作検出装置。
【請求項１３】
圧電素子に対してエッチング用イオンガンによってイオンビームを照射し、イオンビーム照射時間をシャッタで調整することにより、真空槽内で圧電素子の周波数を調整する装置であって、
真空槽内にシャッタ機構が配置され、
請求項７ないし１２のいずれかに記載の動作検出装置が設けられていることを特徴とする周波数調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイドによりシャッタを開閉二位置に駆動するシャッタ機構の動作検出方法及び動作検出装置、周波数調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子をイオンビームでエッチングすることにより、圧電素子の周波数を調整する方法が知られている。その際、圧電素子へのイオンビーム照射時間を調整するためのシャッタが設けられ、シャッタを駆動するアクチュエータとしてソレノイドが用いられる。
【０００３】
特許文献１には、真空槽内でイオンビームエッチングによって圧電素子の周波数調整を行う装置であって、表面に複数の電極が形成された圧電基板と、前記圧電基板上の複数の電極を選択的に露出させる為の開口を有するベース板と、前記ベース板の開口から露出する複数の電極に対して同時にイオンビームを照射するイオン源と、前記ベース板の開口より露出する電極の数に対応して同数設けられ、各々独立して駆動可能なシャッタ機構とを有する周波数調整装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１の図１，図２には、シャッタとソレノイドとを含むシャッタ機構全てを真空槽の内部に配置した例が開示されている。ソレノイドでシャッタを開閉駆動することで、イオンビームの照射時間を調整し、周波数調整を行っているが、シャッタ動作が正しく行われたか否かを検出する機能がないため、シャッタに何らかの問題が発生し、動作に不具合が発生した場合に発見が遅れ、調整不良を連発する可能性がある。シャッタの動きを検出するセンサを別に設ける方法もあるが、シャッタ機構が真空槽内に配置されている場合、センサも真空槽内に配置しなければならず、センサの設置が難しい。また、シャッタ（ソレノイド）の個数が多くなると、センサの個数も増え、それだけ装置が大がかりになる。
【０００５】
特許文献２には、データを記録紙に印字するためのプリンタ装置において、紙送り部から搬送された記録紙をカッタ部で切断し、カッタ部で切断された記録紙を排出する排出部に、ソレノイドにより駆動されるシャッタを備えたものがある。ソレノイドを駆動してシャッタを動作させ、制御部はチョッピング制御によりシャッタの開状態を制御すると共に、シャッタ部に位置検出部を設け、位置検出部からの出力信号によりシャッタ部の開閉制御を行っている。
【０００６】
特許文献２の場合、制御部はシャッタ駆動用ソレノイドに対して二段階制御、すなわちソレノイドの吸引制御と保持制御とを行っている。吸引制御では直流電圧を一定時間印加し、保持制御ではパルス列電圧を印加している。この保持制御時のソレノイドに流れる電流は、ソレノイド中の可動鉄心の位置により変化するので、この電流値の変化の差を検出することによりソレノイド中の可動鉄心の位置が検出できる。そのため、シャッタの開閉状態が検出可能となり、シャッタの開閉状態を検出するための特別な位置検出手段を設けずとも、ソレノイド駆動部にてシャッタの位置検出ができる。
【０００７】
保持制御時のソレノイドに流れる電流がソレノイド中の可動鉄心の位置により変化するとは、ソレノイド中の可動鉄心の位置により、コイルのインダクタンスが変化し、そこに流すパルス電流は交流電流に近い性質であるためにインダクタンスの影響を受け、電流が変化する事を示している。この変化からシャッタの位置を検出している。しかし、この電流の変化はインダクタンスによるもの以外にも、コイルが加熱され抵抗値が変化することによる電流の変化も存在する。このため、連続してソレノイドを使用しコイルが加熱される場合や、温度変化の大きい環境では、電流の変化が位置によるものか温度によるものかの見分けがつかなくなる。さらに、保持制御時にパルス電流に切り替えている時にしか可動鉄心の位置を検出できないため、動作が終了した時刻を知ることができない。そのため、所望の動作時間で可動鉄心が移動したのかどうかを判別できない。
【特許文献１】特開２００４−５６４５５号公報
【特許文献２】実開平７−１９２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、シャッタ駆動用ソレノイドに流す駆動電流の変化から、シャッタの開閉動作を検出できるシャッタ機構の動作検出方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の第１実施形態は、開位置と閉位置との二位置に動作可能なシャッタと、コイルに駆動電流を流すことにより可動鉄心を直線移動させ、当該可動鉄心に連結された前記シャッタを開閉駆動するソレノイドと、を備えたシャッタ機構において、前記ソレノイドの駆動時にコイルに流れる駆動電流を連続的に測定する工程と、前記駆動電流が初期値から上昇した後、一旦低下し、その後定常値まで上昇する波形のくぼみの有無を判定する工程と、前記波形のくぼみの有無によって前記シャッタの開閉動作を検出する工程と、を有するシャッタ機構の動作検出方法を提供する。
【００１０】
また、本発明の第２実施形態は、開位置と閉位置との二位置に動作可能なシャッタと、コイルに駆動電流を流すことにより可動鉄心を移動させ、当該可動鉄心に連結された前記シャッタを開閉駆動するソレノイドと、を備えたシャッタ機構において、前記ソレノイドの駆動時にコイルに流れる駆動電流を連続的に測定する手段と、前記駆動電流が初期値から上昇した後、一旦低下し、その後定常値まで上昇する波形のくぼみの有無を判定する手段と、前記波形のくぼみの有無によって前記シャッタの開閉動作を検出する手段と、を有するシャッタ機構の動作検出装置を提供する。
【００１１】
本発明では、ソレノイドのコイルに通電した時の駆動電流の変化を連続的に測定する。コイルに通電すると、駆動電流は初期値（＝０）から急上昇する。可動鉄心（シャッタ）が駆動を開始すると、可動鉄心の駆動速度に応じて逆起電力が発生するため、駆動電流が低下し始める。時間とともに可動鉄心の駆動速度が増していくため、駆動電流の低下も大きくなっていく。やがて、可動鉄心がストロークエンドに達して可動鉄心の動きが停止すると、逆起電力が発生しなくなるため、ストロークエンドに達した時点の電流波形のくぼみが最低値となり、その後定常値まで上昇する。このように、正常時には可動鉄心の動きに伴って駆動電流が一旦低下する「波形のくぼみ」が現れ、ソレノイドが何らかの理由で動かなかった場合はこのくぼみが発生しないため、くぼみの有無を検出することでシャッタの開閉動作が正常か否かを検出できる。このようにコイルの電流変化を測定することにより、シャッタの動作エラーを検出することができるため、位置検出用センサを省略でき、シャッタ機構が真空中に配置されている場合でも利用可能である。また、パルス電流を用いてインダクタンスの変化を観測する必要がないので、温度変化が大きく、コイルの抵抗値が変化する状況でも検出が可能である。
【００１２】
波形のくぼみの有無を判定する具体的方法として、くぼみの最低点の電流値と定常値の電流値との比率によって判定してもよい。シャッタが正常に動作した場合、最低点はくぼみの底となり、最高点は定常値となるため両者に差が出るが、動作しなかった場合はくぼみが発生しないため、どちらとも同程度の値となり差が出ないからである。例えば、測定されたくぼみの最低値と最高値（定常値）との比率を計算し、あらかじめ決めておいた閾値と比較して、計算値が閾値以下であれば、正常であると判定することができる。
【００１３】
波形のくぼみの有無を判定する他の方法として、くぼみの面積によって判定することもできる。くぼみの面積は、定常値をゼロとして積分すれば、簡単に求めることができる。くぼみがない場合はこの面積はほぼゼロとなるが、くぼみがある場合は閾値よりも大きな値となるため、動作を検知することができる。最低点と最高点との比較では、シャッタの動作が遅く、傾きが緩やかな浅く長いくぼみが発生する場合に判別しにくくなるが、面積の場合は浅くても長いくぼみであればそれだけ大きな値となるため、くぼみの有無を容易に判別できる。また、ノイズが多い場合であっても、ノイズを積分すればおおよそゼロとなるため判定がしやすくなる。
【００１４】
波形のくぼみの有無を判定するさらに他の方法として、くぼみの最低予想値と定常値との中間に基準値を設定しておき、駆動電流が初期値から基準値以上に上昇した後、一旦基準値未満に低下し、再び基準値を超えたかどうかで、シャッタ動作を判定することもできる。この方法は、シャッタの駆動速度が速く、電圧印加開始からいったん定常値まで電流が上昇する前にシャッタが駆動し始め、電流の上昇とくぼみが重なって発生する場合に有効である。前述の方法ではくぼみのできる領域をあらかじめ予測する必要があり、またその領域に電流上昇部分が入るとくぼみがなくても最低値が小さくなり、動作を正しく判定できない場合がある。しかしこの方法であれば印加開始時の電流上昇の後に逆起電力による電流の減少があるかを観測するため判定が容易となる。
【００１５】
くぼみの有無からシャッタの開閉動作が正常か否かを検出するだけでなく、ソレノイドの駆動開始からくぼみの最低点までの経過時間により、可動鉄心（シャッタ）の動作時間を検出することもできる。つまりシャッタ動作速度を知ることができる。そのため、くぼみの有無だけでなく、駆動時間が遅い場合も動作不良として検出することができ、シャッタが完全に動かなくなる前に動作異常を知ることができる。
【００１６】
駆動電流が大き過ぎる場合、可動鉄心がストロークエンドで逆方向に跳ね返ることがある。この場合は、駆動電流が増加する方向に起電力が発生するので、定常値をいったん上回ってから定常値に戻る変化を示す。このことから、駆動電流が大き過ぎるかどうかを判別することができ、駆動電流を最適なものに調整することが容易になる。
【００１７】
本発明におけるソレノイドとしては、１個のコイルを備えるソレノイドでもよいし、軸方向に間隔をあけて配置された２個のコイルを有し、これらコイルに交互に電流を流すことにより可動鉄心を往復駆動させるソレノイドであってもよい。１個のコイルを備えるソレノイドの場合、当該コイルに通電した時の駆動電流の変化から可動鉄心の一方向の動作を判別することができるが、逆方向にはスプリング力によって戻るため、逆方向への動作は判別できない。また、ストロークも小さい。これに対し、２個のコイルを用いたソレノイドの場合、２個のコイルに交互に電流を流すことにより可動鉄心を２位置に作動させることができるため、両方のコイルに流れる駆動電流の変化から、可動鉄心の両方向の動き、つまりシャッタの開動作と閉動作の両方の動きを検出することができる。しかも、中立位置を間にして開閉両位置に動くので、ストロークが大きくなるという利点がある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コイルに流れる駆動電流の波形のくぼみの有無によってシャッタの開閉動作を検出するため、シャッタ動作を特別なセンサを用いることなく複数同時に確認でき、さらにセンサを使わないため、真空中という特別な環境においても使用できる。また、駆動電流を連続して観測しているため、シャッタの動作が終了した時間を電流のくぼみの底の時間から知ることができる。この駆動時間を管理することでソレノイドのメンテナンス時期を知ることもできる。駆動終了位置のインダクタンスではなく、駆動開始からの電流の変化を測定／解析しているため、コイルの加熱などにより駆動電流自体が変化した場合でも対応が可能となる。このようにシャッタ動作をモニタすることで、シャッタ動作不良による良品率低下の防止やシャッタのメンテナンス要否の判断が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１，図２は本発明にかかるシャッタ機構を適用した周波数調整装置の一例を示す。本周波数調整装置１は密閉構造の処理室２を備え、処理室２の側部には開閉扉３を介して真空ポンプ４が連設されている。真空ポンプ４を駆動することにより、処理室２の内部は所定の真空度に保たれている。処理室２の天井部にはエッチング用イオンガン５が設置されている。このイオンガン５は図１に示すように、所定範囲内において単位面積当たりほぼ一定強度のイオンビームＩＢを下方に向かって照射することができる。
【００２１】
処理室２の底部には可動ステージ（搬送手段）６が設けられ、その上にウエハ１０が位置決め保持されている。ウエハ１０は、例えば圧電基板よりなり、その上には図２に示すように、複数の素子を１単位とするエリア１０ａが一定ピッチＰでマトリックス状に密に配置されている。なお、１つのエリア１０ａが複数の素子を含む場合に限らず、１個の素子で構成されてもよい。可動ステージ６はウエハ１０をエリア１０ａのピッチＰ間隔で矢印Ａ方向に間欠的に搬送することができる。本周波数調整装置に送られる前段階のウエハ１０の各エリア１０ａの周波数は、イオンビームの照射による周波数の変化方向と逆方向に予めずらした状態に設定されており、イオンビームの照射によって目標値へ近づく方向へ調整される。イオンビームの照射によってエッチングされるのは、ウエハ１０上に形成された電極や保護膜など、周波数を調整できる物質であれば何でもよい。ウエハ１０の各エリア１０ａの周波数は事前に測定され、目標値に対する周波数ずれ量が個別に求められている。
【００２２】
可動ステージ６の上方には、シャッタベース１１が一定位置にかつ水平に設置されている。シャッタベース１１の中央部には、イオンガン５によるイオンビームの照射範囲とほぼ対応する大きさの開口部１１ａが形成されている。シャッタベース１１の開口部１１ａには、ねらいのエリア以外のイオンビームを遮蔽するパターンマスク１５が位置決め固定されている。パターンマスク１５はできるだけウエハ１０と近接する距離に支持するのがよい。パターンマスク１５には、複数のマスク穴１５ａがウエハ１０のエリア１０ａ毎に独立に形成されている。各マスク穴１５ａの大きさは、パターンマスク１５とウエハ１０との距離及びイオンビームの拡散角度に応じて決定されるが、各エリア１０ａの大きさにほぼ等しく設定される。この例のマスク穴１５ａは、ウエハ１０の一列分の処理を２段階に分けて行うよう、ウエハ搬送方向と直交する方向に２列にかつウエハ搬送方向（Ａ方向）に交互にずらして設けられている。つまり、奇数行と偶数行のマスク穴をＡ方向（搬送方向）にずらして設けてある。搬送方向下流側（左側）のマスク穴が奇数行のエリアと対応し、搬送方向上流側（右側）のマスク穴が偶数行のエリアと対応する。そして、左側のマスク穴１５ａと右側のマスク穴１５ａとの間には、エリア１０ａの１列分（＝Ｐ）と同一の間隔ｄが設けられている。なお、左右のマスク穴１５ａのＡ方向の間隔ｄは、１列分に限らず一素子分または複数素子分としてもよく、エリアの割り付けに応じて任意に選定できる。
【００２３】
シャッタベース１１上には、シャッタ機構２０が設けられている。シャッタ機構２０は、開口部１１ａを間にしてその両側のシャッタベース１１上に固定された複数のソレノイド１２を備えている。各ソレノイド１２にはシャフト１３を介してシャッタ１４が連結され、各シャッタ１４はそれぞれのソレノイド１２によって水平方向に個別に作動される。ソレノイド１２は、コイルやヨーク等を備えた本体部と、可動鉄心と一体に動作するシャフト１３とを備え、コイルに通電することによりシャフト１３を開閉二位置に高速で作動できるものが望ましい。例えば、開位置と閉位置との間を数十msec以下で作動できるものがよい。各シャッタ１４は、各マスク穴１５ａを個別に開閉できるように各マスク穴に対応して設けられている。つまり、左側のシャッタ１４は左側のマスク穴１５ａを、右側のシャッタ１４は右側のマスク穴１５ａを開閉するよう対向方向に作動される。シャッタ１４の幅及び長さは、マスク穴１５ａを完全に覆うことができるよう、マスク穴の縦横の寸法より大きい。可動ステージ６及び各ソレノイド１２の動きは、ウエハ搬送方向と直交する方向の１列のエリアの周波数調整を複数段階で行うように、制御装置１６によって制御される。制御装置１６には、ウエハ１０の各エリアの目標周波数に対する周波数ずれ量がイオンビームの照射時間と関連して記憶されている。
【００２４】
パターンマスク１５の下方へウエハ１０が搬送された後、全てのシャッタが開き、マスク穴１５ａを介して全てのエリアにイオンビームが照射される。そして、所望の照射時間（周波数ずれ量に対応した照射時間）が経過したエリアに対応したシャッタから順次に閉じられ、全てのシャッタが閉じられた後、ウエハ１０は１ピッチだけ搬送方向に搬送される。
【００２５】
図３はソレノイド１２の具体的構造の一例を示す。このソレノイド１２は、３ポジションソレノイドとして市販されているものである。図３に示すように、磁性体よりなるフレーム１２０の内部に２個のコイル１２１，１２２が軸方向に間隔を開けて配置されている。両コイル１２１，１２２の間には、固定磁極１２３が設けられている。コイル１２１，１２２の中心部には、可動鉄心１２４が軸方向に移動自在に配置され、この可動鉄心１２４の軸心にシャフト１３が挿通固定されている。フレーム１２０の両端部でかつコイル１２１，１２２の内周部にはそれぞれ固定磁極１２５，１２６が配置されており、シャフト１３は固定磁極１２５，１２６の中にスライド自在に挿通されている。左側の固定磁極１２５には図示しないスプリングが収容されている。
【００２６】
図３の（ａ）は中立位置、図３の（ｂ）はシャッタ閉位置、図３の（ｃ）はシャッタ開位置である。コイル１２１，１２２に通電していない状態では、スプリングの反発力により可動鉄心１２４はいずれの固定磁極１２５，１２６にも接触しない位置、つまり中立位置で保持される。右側のコイル１２２に通電すると、右側のコイル１２２を取り囲むフレーム１２０、固定磁極１２３、可動鉄心１２４及び固定磁極１２６とで破線で示すような磁気回路が形成されるため、可動鉄心１２４は右側の固定磁極１２６に吸着される（図３の（ｂ）参照）。可動鉄心１２４とシャフト１３とが右方へ一体に移動するので、スプリングが圧縮される。図３の（ｂ）の状態から、左側のコイル１２１に通電し、右側のコイル１２２への通電を停止すると、まずスプリングの反発力により可動鉄心１２４及びシャフト１３は中立位置まで戻り、続いて左側のコイル１２１を取り囲むフレーム１２０、固定磁極１２３、可動鉄心１２４及び固定磁極１２５とで破線で示すような磁気回路が形成されるため、可動鉄心１２４は左側の固定磁極１２５に吸着される（図３の（ｃ）参照）。可動鉄心１２４とシャフト１３とが左方へ一体に移動するので、スプリングはシャフト１３で押されて圧縮される。
【００２７】
このように、コイル１２１，１２２に交互に通電することで、中立位置を跨いで可動鉄心１２４は両側の固定磁極１２５，１２６の間を往復移動でき、単一のコイルを有するソレノイドに比較して約２倍のストロークＳを得ることができる。また、後述するようにコイル１２１，１２２に流れる駆動電流の変化から、開閉両方向の動きを検出できるので、シャッタ１４が開位置又は閉位置のいずれに位置しているかを電流変化から知ることができる。
【００２８】
図４はソレノイド１２の駆動検出回路の一例を示す。２個のコイル１２１，１２２は配線１３１，１３２を介してソレノイド駆動回路１３３と接続され、各配線１３１，１３２の途中にはコイル１２１，１２２に流れる駆動電流を電圧に変換する抵抗１３４，１３５が設けられている。抵抗１３４，１３５は、ノイズフィルタ１３６を介してマイクロコンピュータ（以下、マイコンと呼ぶ）１３７に接続されている。マイコン１３７には、Ａ／Ｄ変換器１３８、ＣＰＵ１３９、およびＩ／Ｏユニット１４０が設けられている。Ｉ／Ｏユニット１４０はＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）１４１と接続されており、ＰＬＣ１４１からソレノイド駆動回路１３３に動作指令信号が出力されると同時に、測定開始信号がマイコン１３７に出力される。マイコン１３７は、ＰＬＣ１４１からの測定開始信号を受けてコイル１２１，１２２に流れる駆動電流を連続的（例えば0.1msec 間隔）に測定／記録し、後述する波形のくぼみの有無を判定した上で、測定結果（動作良好Ｇまたは不良ＮＧの信号）をＰＬＣ１４１へ出力する。
【００２９】
次に、ソレノイド１２の駆動の良否を判定する流れを、図５を参照しながら説明する。
（１）ＰＬＣ１４１がシャッタを開閉するための動作指令信号を出力すると、ソレノイド駆動回路１３３のリレーがＯＮし、ソレノイド１２に通電され動作を開始する。またＰＬＣ１４１は同時にマイコン１３７にも電流測定開始信号を出力し、マイコン１３７は測定を開始する。以後、マイコン１３７は0.1msec毎に駆動電流値を記録する。
（２）ソレノイド１２に通電されると、図５の（ａ），（ｂ）に示すように急激に電流が増加する。
（３）可動鉄心１２４が動作を開始すると、可動鉄心１２４の移動速度に応じて逆起電力が発生するため、駆動電流が低下し始める。
（４）時間とともに可動鉄心１２４の移動速度が増していくため、駆動電流の低下も大きくなっていく。これが図５の（ａ）に示している駆動電流のくぼみＨとなって現れる。可動鉄心１２４が何らかの理由で動かなかった場合は、図５の（ｂ）のようにくぼみＨが発生しないため、このくぼみＨの有無を検出することでシャッタの動作を検出できる。
（５）可動鉄心１２４がストロークエンドに達し動作が停止すると、逆起電力が発生しなくなるため、ストロークエンドに達した時点が電流の最低値となり、その後定常値に達する。この最低値の時間からシャッタの駆動時間Ｔを知ることができ、駆動時間が長い場合も動作不良として検出することができる。構造によるが、15〜25msecでソレノイドの動作は終了する。可動鉄心１２４がストロークエンドで逆方向に跳ね返った場合は、くぼみＨの後で駆動電流が増加する方向に起電力が発生し、図５の（ｃ）のように定常値を一旦上回ってから定常値に戻る。
（６）マイコン１３７は電流の記録終了後、得られた波形を解析し、あらかじめ決めておいた波形のくぼみが発生すると予測される範囲の最低点と最高点の比較を行う。シャッタが動作した場合、最低点はくぼみの底となり、最高点は定常値となるため両者に差が出るが、動作しなかった場合はくぼみが発生しないため、最低値、最高値が同程度の値（定常値：Ｉ＝Ｖ／Ｒ）となり、容易に判別できる。
（７）最低値と最高値との比を計算し、これが閾値よりも小さい場合はシャッタが正常に動作したと判断する。図５の（ａ）に示すように、最低点の電流値をＩｄ，最高点の電流値をＩｓとすると、Ｉｄ／Ｉｓが閾値よりも小さい場合に正常と判断する。解析にかかる時間は、シャッタが１個の場合5msec程度であるため、多数個のシャッタが設けられたシャッタ機構であっても、短時間で解析できる。
【００３０】
上述のように、最低値と最高値との比を計算し、これを閾値と比較する方法のほか、定常値をゼロとして積分することでくぼみの面積Ｓ（図６に斜線で示す）を求め、この面積Ｓを閾値と比較することにより、判定してもよい。くぼみがない場合はこの面積Ｓはほぼゼロとなるが、くぼみがある場合は一定値よりも大きな値となるため、シャッタ動作を検知することができる。なお、最低値と最高値との比を閾値と比較する方法と、くぼみの面積Ｓを閾値と比較する方法とを組み合わせることで、シャッタ動作の良否を判定することも可能である。
【００３１】
さらに、図７に示すように、最低値（予想値）と最高値（定常値）の中間程度に基準値Ｉｒを設定しておき、駆動電流が初期値から基準値Ｉｒ以上に上昇した後、一旦基準値Ｉｒ未満に低下し、再び基準値Ｉｒを超えたかどうかで、シャッタ動作を判定することもできる。なお、最低値（予想値）は、正常なシャッタのくぼみの最低電流値を予め測定しておき、その値から決定すればよい。この方法は、シャッタの駆動速度が速く、電流の上昇とくぼみが重なって発生する場合でも、シャッタ動作が正常か否かを判定できる。
【００３２】
シャッタ機構を構成するシャッタやソレノイドは、使用するうちに傷や汚れなどの経時変化のために駆動力が低下し、駆動時間が遅くなる傾向がある。一方で駆動波形のくぼみの底はシャッタ動作終了時となるため、この時間を見ることでソレノイドの状態を管理し、経時変化に対応したメンテナンスを入れることができる。また、不具合により動作が遅くなれば解析する範囲にくぼみが入らなくなるため、これを動作不良として検出することができる。
【００３３】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種々変更が可能である。ソレノイドは、図３に示す３ポジションソレノイドに限るものではなく、他の形式の３ポジションソレノイドを用いてもよい。また、シャッタの開動作又は閉動作の一方のみの動作を検出すればよい場合には、通常の２ポジションソレノイド（単一のコイルとスプリングとを備えたもの）を用いても良い。さらに、１個のシャッタに対して ２個のソレノイドを設け、それらソレノイドを交互に作動させることにより、シャッタの開閉両方向の動作を行うものでもよい。前記実施例では、ソレノイドのシャフトに対してシャッタが直接固定され、シャッタが前後に直線移動する例を示したが、特許文献１のようにシャッタが揺動する場合にも、同様に適用できる。
【００３４】
本発明にかかるシャッタ機構は、実施例に示すようなイオンビーム照射時間調整用のシャッタに限るものではなく、例えば圧電素子に質量負荷を与えるための周波数調整用インクを遮蔽するシャッタや、特許文献２に示されるようなカッタ部で切断された記録紙を排出する排出部に設けられるシャッタなど、シャッタを開閉二位置に作動させるためのシャッタ機構として、あらゆる用途に使用できる。
【００３５】
また、前記実施例では、イオンビームを上から下に向けて垂直方向に照射した場合を示したが、下から上、あるいは水平方向に照射するようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るシャッタ機構が用いられる周波数調整装置の一例の概略図である。
【図２】図１に示す周波数調整装置の主要部を図１のエッチング用イオンガン５側から見た分解斜視図である。
【図３】ソレノイドの一例の構造を示す断面図であり、（ａ）は中立位置、（ｂ）は閉位置、（ｃ）は開位置を示す。
【図４】ソレノイドの駆動検出回路の一例の回路図である。
【図５】ソレノイドの駆動時の電流変化を示す図である。
【図６】ソレノイドの駆動時のくぼみの面積を示す図である。
【図７】ソレノイドの駆動時の電流を基準値と比較する例の図である。
【符号の説明】
【００３７】
１            周波数調整装置
２            処理室
５            エッチング用イオンガン
６            可動ステージ
１０          ウエハ
１０ａ        エリア
１１          シャッタベース
１２          ソレノイド
１３          シャフト
１４          シャッタ
１５          パターンマスク
１６          制御装置
２０          シャッタ機構
１２０        フレーム
１２１，１２２    コイル
１２３        固定磁極
１２４        可動鉄心
１２５，１２６  固定磁極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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